Informatycy budują komputer za pomocą rojów krabów

Jednym z gorących tematów w informatyce jest badanie niekonwencjonalnych form obliczeń.

Jest to motywowane dwoma liniami myślenia. Pierwszy jest teoretyczny – zwykłe komputery są ogromnie niewydajne energetycznie – około osiem rzędów wielkości gorzej niż jest to teoretycznie możliwe. Drugi jest praktyczny – natura wyewoluowała wiele bardziej wydajnych form obliczeń do określonych zadań, takich jak rozpoznawanie wzorców.

Oczywiście powinniśmy być w stanie robić znacznie lepiej – stąd zainteresowanie różnymi sposobami robienia rzeczy.

Różne grupy próbowały komputerów z egzotycznymi substancjami, takimi jak chemikalia, jak gorący lód, a nawet z jednokomórkowym organizmem zwanym śluzowcem.

Dzisiaj przyjrzymy się jednej z ciekawszych odmian tego tematu – komputerowi, który wykorzystuje zachowanie roju krabów-żołnierzy.

Najpierw krótkie wprowadzenie do teorii stojącej za tym pomysłem. Na początku lat 80. kilku informatyków – Ed Fredkin i Tommaso Toffoli – badało, jak można zbudować komputer z kul bilardowych.

Chodzi o to, aby kanał przekazywał informacje zakodowane w postaci obecności lub braku kul bilardowych. Informacje te są przetwarzane przez bramki, w których kule bilardowe albo zderzają się i wynurzają w kierunku, który jest wynikiem balistyki zderzenia, albo nie zderzają się i wynurzają z tymi samymi prędkościami.

Teraz Yukio-Pegio Gunji z Uniwersytetu Kobe w Japonii i kilku kumpli zbudowali komputer z kulami bilardowymi, używając krabów-żołnierzy. Pokazujemy, że roje krabów-żołnierzy mogą realizować bramki logiczne, gdy są umieszczone w geometrycznie ograniczonym środowisku.

Istoty te wydają się wyjątkowo przystosowane do tej formy przetwarzania informacji. Żyją pod piaskiem w lagunach pływowych i pojawiają się podczas odpływu w rojach setek tysięcy.

Co ciekawe, kraby wydają się demonstrować dwie różne formy zachowania. Będąc w środku roju, po prostu podążają za tym, kto jest w pobliżu. Ale kiedy znajdują się na skraju roju, zmieniają się.

Nagle stają się agresywnymi przywódcami i wyruszają na wodnisty dystans wraz z ich rojem, aż przez jakiś przypadek turbulencji ponownie znajdują się w roju.

Okazuje się to bardzo solidnym zachowaniem, które można łatwo kontrolować. Po umieszczeniu przy ścianie, przywódca zawsze podąża za ścianą w kierunku, który można kontrolować, śledząc rój z góry, aby naśladować obecność drapieżnych ptaków, które zjadają kraby.

W tych warunkach rój krabów będzie podążał za ścianą jak tocząca się kula bilardowa.

Więc co się dzieje, gdy zderzają się dwie kulki kraba? Według eksperymentów Gunji i spółki kulki łączą się i kontynuują w kierunku, który jest sumą ich prędkości.

Co więcej, zachowanie jest niezwykle odporne na hałas, głównie dlatego, że zachowania poszczególnych krabów generują hałas, którego nie można odróżnić od hałasu zewnętrznego. Te stworzenia ewoluowały, aby radzić sobie z hałasem.

To od razu zasugerowało potencjalne zastosowanie w informatyce, powiedzmy Gunji i spółka. Jeśli kule krabów zachowują się jak kule bilardowe, zbudowanie układu kanałów, które działają jak bramka logiczna, powinno być proste.

I dokładnie to zrobili Gunji i spółka. Ci goście najpierw symulowali zachowanie komputera-kraba żołnierza w specjalnych układach kanałów. Następnie zbudowali jeden w swoim laboratorium, aby przetestować pomysł na prawdziwych krabach.

Aby być uczciwym, wyniki były mieszane. Podczas gdy Gunji i spółka odkryli, że mogą zbudować przyzwoitą bramkę OR przy użyciu żołnierskich krabów, ich bramka AND była znacznie mniej niezawodna.

Jednak to dopiero początek i mówią, że możliwe jest uzyskanie lepszych wyników poprzez uczynienie warunków wewnątrz komputera bardziej przyjaznymi dla krabów. (Żadne kraby nie ucierpiały przy tworzeniu swojego komputera, mówią Gunji i spółka)

A więc masz to – komputer, w którym nośnikami informacji roją się kule żołnierskich krabów.

Nie jest to zdanie, które spodziewasz się czytać codziennie. Ale z pewnością nie może minąć dużo czasu, zanim wszyscy będziemy mieć jeden z nich na naszych komputerach stacjonarnych.

Nr ref.: http:// arxiv.org/abs/1204.1749 : Solidna Brama Krabowa Żołnierza

ukryć